控制系统CAD与仿真_实验指导书

《控制系统CAD与仿真》实验指导书计控学院自动化系1实验一Matlab运算基础一、实验目的1、熟悉启动和退出Matlab的方法；2、熟悉Matlab命令窗口的组成；3、掌握建立矩阵的方法；二、实验内容：1、帮助命令使用help命令，查找sqrt（开方）函数的使用方法；2、先求下列表达式的值，然后显示Matlab工作空间的使用情况并保存全部变量。0.3,9.2,8.2,...,8.2,9.2,0.3,23.0ln)3.0sin(2)3(545.0212),1ln(21)2(185sin2)1(3.03.0322201aaaeezixxxzezaa其中提示：利用冒号表达式生成a向量，求各点的函数值时用点乘运算。5.2:5.0:0,32,1221,110,)4(2224ttttttttz其中提示：用逻辑表达式求分段函数值。3、已知：]2:);],3,1([,)5(\/)4(3.3)3(*.A*)2()I(*6)1(723302131,76538773443412BABAABBAAABBAIBABABA和和和和为单位矩阵其中和求下列表达式的值：4、设有矩阵A和B2。子矩阵赋给的右下角求矩阵。求它们的乘积D23C)2(C)1(11134079423096171603,25242322212019181716151413121110987654321BA三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到4的相应程序，并写在预习报告上。3实验二结构程序设计一、实验目的1、掌握利用while语句实现循环结构的方法。2、掌握利用if语句实现选择结构的方法。3、掌握利用switch语句实现多分支选择结构的方法。二、实验内容：1、计算1+2+…+n2000时的最大n值。2、计算分段函数2122111222xxxxxxxy的值。3、给出一个学生的百分制成绩，要求转化成成绩等级输出，等级分为’A’、’B’、’C’、’D’、’E’五等。90分以上为’A’，80~89为’B’，70~79为’C’，60~69为’D’、60分以下为’E’。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。4实验三绘图操作一、实验目的1、熟悉Matlab的数据表示、基本运算和程序控制语句2、熟悉Matlab绘图命令及基本绘图控制二、实验内容：1、基本绘图命令（1）绘制余弦曲线y=cos(t)，t∈[0，2π]（2）在同一坐标系中绘制余弦曲线y=cos(t-0.25)和正弦曲线y=sin(t-0.5)，t∈[0，2π]2、基本绘图控制绘制[0，4π]区间上的x1=10sint曲线，并要求：（1）线形为点划线、颜色为红色、数据点标记为加号；（2）坐标轴控制：显示范围、比例、网络线（3）标注控制：坐标轴名称、标题、相应文本；区间绘制函数曲线。在、已知55-0)1ln(210y322xxxxxex区间的三维曲线。在、绘制方程]2,0[cossin4ttztytx区间的图形。，在、绘制方程]11[y],2,2[4y9x4522x三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到5的相应程序，并写在预习报告上。5实验四数据处理与多项式计算一、实验目的1、掌握多项式的常用运算；2、掌握数据统计和分析的方法；3、掌握数值插值与曲线拟合的方法及其应用。二、实验内容：1、多项式（1）建立多项式42)(3xxxp，并求出p(x)=0的根。（2）已知A=[1.2,3,5,0.9;5,1.7,5,6;3,9,0,1;1,2,3,4],求矩阵A的特征值。2、将100个学生5门功课的成绩存入矩阵P中，进行如下处理：（1）分别求每门课的最高分、最低分及相应学生序号。（2）分别求每门课的平均分和标准方差。（3）五门课总分的最高分、最低分及相应学生序号。（4）将5门课总分按从小到大顺序存入zcj中，相应学生序号存入xsxh。提示：上机调试时，为避免输入学生成绩的麻烦，可用取值范围在[45，95]之间的随机矩阵来表示学生成绩。3、已知lgx在[1，101]区间10个整数采样点的函数值如实验表1所示。实验表1lgx10个采样点的函数值x1112131415161718191101lgx01.04141.32221.49141.61281.70761.78531.85131.90851.95902.0043试求lgx的5次拟合多项式p(x)，并绘制出lgx和p(x)在[1，101]区间的函数曲线。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。6实验五控制系统时域，频域和根轨迹分析一、实验目的1、掌握如何使用Matlab进行系统的时域分析2、掌握如何使用Matlab进行系统的频域分析3、掌握如何使用Matlab进行系统的根轨迹分析二、实验内容：1、时域分析（1）根据下面传递函数模型：绘制其单位阶跃响应曲线并从图上读取最大超调量，绘制系统的单位脉冲响应、零输入响应曲线。（2）典型二阶系统传递函数为：当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的单位阶跃响应。（3）典型二阶系统传递函数为：当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的单位阶跃响应。2、频域分析（1）典型二阶系统传递函数为：当ζ=0.7,ωn取2、4、6、8、10、12的伯德图（2）典型二阶系统传递函数为：当ωn=6,ζ取0.2、0.4、0.6、0.8、1.0、1.5、2.0的伯德图。3、根轨迹分析根据下面负反馈系统的开环传递函数，绘制系统根轨迹，并分析系统稳定的K7值范围。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。8实验六控制系统稳定性分析一、实验目的1、掌握如何使用Matlab进行系统的稳定性分析2、掌握如何使用Matlab进行系统的能观测性、能控性分析3、掌握如何使用Matlab进行离散系统分析二、实验内容1、系统稳定性分析（1）代数法稳定性判据：（用求分母多项式的根和routh函数两种方法）已知系统的开环传递函数为：.试对系统闭环判别其稳定性（2）根轨迹法判断系统稳定性：已知一个单位负反馈系统开环传递函数为：试在系统的闭环根轨迹图上选择一点，求出该点的增益及其系统的闭环极点位置，并判断在该点系统闭环的稳定性。（3）Bode图法判断系统稳定性：已知两个单位负反馈系统的开环传递函数分别为：用Bode图法判断系统闭环的稳定性。2、系统能控性、能观性分析已知连续系统的传递函数模型，当α分别取－1，0，＋1时，判别系统的能控性与能观性3、已知离散系统传递函数自动选择频率范围，绘制出系统的频率响应曲线，包括Bode图和Nyquist图，并求出幅值裕度和相角裕度。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到3的相应程序，并写在预习报告上。实验七古典控制系统设计——根轨迹法一、实验目的掌握使用根轨迹法进行控制系统设计的方法二、实验内容：1、根据二阶系统如图所示，其中ζ=0.6，ωn=5rad/s,当有一阶跃信号作用于系统时，试计算特征量tr、tp、ts、σp2、设单位负反馈系统的开环传递函数为：试确定带惯的PD控制器的串联超前校正参数，使之满足：（1）阶跃响应的超调量：；（2）阶跃响应的超调时间：。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到2的相应程序，并写在预习报告上。2实验八古典控制系统设计——Bode图法一、实验目的掌握使用Bode图法进行控制系统设计的方法二、实验内容1、设单位负被控对象的传递函数为：其设计要求：2、设有单位负反馈系统，其开环传递函数为：其设计要求：，相角裕度为50度，幅值裕度为10dB，试确定超前—滞后串联校正装置，以满足性能指标。三、预习要求：利用所学知识，编写实验内容中1到2的相应程序，并写在预习报告上。3实验九SIMULINK的应用一、实验目的学习使用SIMULINK进行系统仿真的方法二、实验内容：1、Simulink的基本操作（1）运行Simulink（2）常用的标准模块（3）模块的操作2、系统仿真及参数设置（1）算法设置（Solver）（2）工作空间设置（WorkspaceI/O）3、已知系统结构图如下图1含饱和非线性环节系统方框图已知输入为信号电平从1~6，非线性环节的上下限为±1，取步长h=0.1，仿真时间为10秒，试绘制系统的响应曲线。4、PID控制系统的结构如图所示，试设计串联补偿器，使系统速度稳态误差小于10%，相角裕量PM=45o，并对系统进行仿真。图2典型PID控制系统结构图三、预习要求：利用所学知识，熟悉实验内容中1到2的相应内容，编写实验内容中3、4的相应程序，并写在预习报告上。4《力控6.0》实验指导书计控学院自动化系1实验一曲线的建立一、实验目的1、熟悉力控6.0新建项目的方法；2、熟悉力控6.0功能和基本的操作方法；3、掌握建立XY曲线的方法；二、实验内容：1、基本操作掌握菜单栏，工具栏，导航器，图库精灵和工具箱的使用方法。2、掌握工程项目中数据库组态的方法。3、掌握脚本编辑器的使用方法。4、要求画一条XY曲线，满足表达式y=100*sin(x)。5、要求自定义两个点，建立一个实时曲线。三、要求：1、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。2、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。2实验二报警窗口及专家报表的建立一、实验目的1、熟悉报警功能的使用2、掌握工具箱常用组件的功能；3、掌握报表向导每步的设置方法；4、熟悉建立专家报表的方法；二、实验内容：1、建立一个多功能报警窗口。2、自定义几个点，完成数据组态。3、建立一个专家报表。三、要求：3、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。4、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。3实验三图层和智能单元的建立一、实验目的1、熟悉图层的建立方法；2、熟悉力控中的智能单元；3、掌握建立XY曲线的方法；二、实验内容：1、建立两个层，并用两个按钮进行切换。2、建立一个智能单元。三、要求：5、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。6、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。4实验四建立一个液位控制系统一、实验目的1、会用力控6.0建立一个简单的完整的项目；2、掌握设备组态，数据组态，动画连接的方法；二、实验内容：建立一个通过一个仿真PLC驱动来控制的液位控制系统，包括一个油罐，一个进口的控制阀门，一个出口的控制阀门，还有用于控制两个阀门启停的开始与启动按钮。三、要求：7、利用所学知识，编写实验内容程序，并写在预习报告上。8、把实验步骤写在报告上，并把结果打印粘贴在报告纸上。